Sie sind genau in dieser Minute Schauplatz einer unglaublich komplizierten Biochemie. Damit Ihr Körper buchstäblich alles tun kann – auf ein Trampolin springen, auf die Toilette gehen, Ihre Augäpfel bewegen, während Sie diesen Artikel lesen – müssen Sie in der Lage sein, etwas namens Zellatmung zu erreichen, bei dem Ihre Zellen Energie daraus erzeugen der Sauerstoff, den Sie atmen, und die Nahrung, die Sie essen. Und wie Sie sich vorstellen können, ist es ein ziemlicher Prozess, ein Sandwich mit Erdnussbutter und Marmelade in einen Liegestütz zu verwandeln.
Zellatmung
Ein Hauptziel der Zellatmung ist die Erzeugung einer bestimmten Art von gespeicherter Energie namens ATP oder Adenosintriphosphat. Betrachten Sie es als die Energiesprache, die von Ihren Zellen gesprochen wird. Sonnenlicht ist Energie, aber wir können unseren Körper nicht damit versorgen, weil es nicht die Energiesprache spricht, die unser Körper kennt – tierische Körper sprechen nur ATP, also müssen wir irgendwie den Zucker in einem PB&J in ATP umwandeln, um einen Liegestütz zu machen .
Ein Schritt auf dem langen Weg vom Sandwich zum Liegestütz wird Krebs-Zyklus genannt (auch als Zitronensäurezyklus (CAC) oder Tricarbonsäurezyklus (TAC) bekannt) nach Hans Krebs, der dieses verrückte Stück Biochemie 1937 erstmals ausarbeitete und für die er 1953 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin erhielt . Es war wohlverdient, denn der Krebszyklus ist ein absoluter Trottel, der Änderungen in chemischen Bindungen nutzt, um Energie neu zu ordnen.
Der Krebszyklus findet in unseren Zellen über die innere Membran der Mitochondrien statt – die Organellen, die für die zelluläre Energieerzeugung verantwortlich sind. Die Zellatmung ist ein mehrstufiger Prozess, beginnend mit der Glykolyse, die den Sechs-Kohlenstoff-Ring der Glukose abbaut und diese Drei-Kohlenstoff-Moleküle namens Brenztraubensäuren und zwei energiereiche Verbindungen namens NADH aufbereitet. Von hier nimmt es der Krebs-Zyklus weg.
Der Krebs-Zyklus
Der Krebs-Zyklus ist ein aerober Prozess, was bedeutet, dass er Sauerstoff benötigt, um zu funktionieren, sodass der Krebs-Zyklus sofort loslegt, indem er Kohlenstoff und Sauerstoff im Atmungsweg mischt:
„Zunächst treten zwei Kohlenstoffe in den Kreislauf ein und zwei Kohlenstoffe werden oxidiert und aus dem Kreislauf entfernt“, sagt Dale Beach, Professor am Department of Biological and Environmental Sciences an der Longwood University in Farmville, Virginia. „Wir können uns diesen ersten Schritt als Abschluss der Oxidation des Glukosezuckers vorstellen, und wenn wir die Zucker zählen, sind bei der Glykolyse sechs in den Atmungsweg eingetreten, und insgesamt sechs müssen ihn verlassen. Dies sind nicht wirklich die gleichen sechs Kohlenstoffe, aber es hilft, die Umwandlung von Glukose in Kohlendioxid über den Weg zu verstärken."
Einer der Kohlenstoffe des Moleküls mit drei Kohlenstoffen verbindet sich mit einem Sauerstoffmolekül und verlässt die Zelle als CO2. Dies hinterlässt uns eine Zwei-Kohlenstoff-Verbindung namens Acetyl-Coenzym A oder Acetyl-CoA. Weitere Reaktionen ordnen die Moleküle so um, dass die Kohlenstoffe oxidiert werden, um ein anderes NADH und ein FADH mit niedrigerer Energie zu erhalten.
Der Kreisverkehr
Nach Abschluss des Atmungsweges durchläuft der Krebszyklus einen zweiten Oxidationsprozess, der einem Verkehrskreisel sehr ähnlich sieht – das macht ihn zu einem Zyklus. Das Acetyl-CoA tritt in den Zyklus ein und verbindet sich mit Oxalacetat zu Citrat – daher der Name „Krebs-Zyklus“. Diese Zitronensäure wird in vielen Schritten oxidiert, wodurch Kohlenstoffe rund um den Kreisverkehr abgegeben werden, bis sie schließlich wieder zu Oxalessigsäure wird. Wenn Kohlenstoffe von der Zitronensäure abfallen, verwandeln sie sich in Kohlendioxid und werden aus der Zelle gespuckt und schließlich von Ihnen ausgeatmet.
"Während der zweiten Oxidation wird eine neue, hochenergetische Bindung mit dem Schwefel von CoA hergestellt, um Succinat-CoA zu produzieren", sagt Beach. „Hier ist genug Energie vorhanden, dass wir direkt ein ATP-Äquivalent produzieren können; GTP wird tatsächlich hergestellt, aber es hat die gleiche Energiemenge wie ein ATP – das ist nur eine Eigenart des Systems.
„Die Entfernung des Coenzyms A hinterlässt uns ein Succinat-Molekül. Vom Succinat-Punkt im Zyklus eine Reihe von Schritten zur Neuordnung der chemischen Bindung und einige Oxidationsereignisse, um das ursprüngliche Oxalacetat wiederherzustellen. Dabei produziert der Weg zuerst ein energiearmes FADH Molekül und ein abschließendes NADH-Molekül", sagt Beach.
Für jede Glukose, die in die Atmung eintritt, kann sich der Karussell zweimal drehen, einmal für jedes Pyruvat, das in ihn eintritt. Es muss jedoch nicht unbedingt zweimal gehen, da die Zelle Kohlenstoffe für andere Makromoleküle abziehen oder mehr in den Kreislauf bringen kann, indem sie Aminosäuren opfert oder aus der im Fett gespeicherten Energie Kapital schlägt.
Sehen? Komplexe Biochemie. Aber laut Beach ist eine Sache, die beim Krebszyklus zu beachten ist, das häufige Auftreten von Adenosin – es ist in NADH, FADH, CoenzymeA und ATP enthalten.
„Adenosin ist ein ‚molekularer Griff‘, an dem sich Proteine festhalten können. Wir können uns die Evolution von ATP-Bindungstaschen vorstellen, die geteilt und recycelt werden, sodass diese zu Bindungsstellen für andere Moleküle werden, die ähnliche Motive verwenden.“
Nun, das ist interessant
Aus jedem Molekül Glukose, das wir verbrauchen, können unsere Zellen 38 Moleküle ATP plus etwas Wärmeenergie produzieren.
